[发明专利]基于混合二阶梯度矩阵特征值的结冰河流检测方法及装置

权利要求书

1.一种基于混合二阶梯度矩阵特征值的结冰河流检测方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

步骤1.获取待处理的包含结冰河流的原始红外图像I₁；

步骤2.计算原始红外图像I₁的混合二阶梯度矩阵，根据混合二阶梯度矩阵的特征值和特征向量得到结冰河流候选区域图和河流方向矢量图；

步骤3.根据步骤2中得到的河流方向矢量图设计对应方向的滤波模板，计算滤波模板在河流候选区域图上的响应值，得到河流区域增强图像；

步骤4对河流区域增强图像进行二值化处理，依据先验信息和实验结果，设定合适的区域面积尺寸阈值，剔除面积较小区域，输出结冰河流的检测结果。

2.根据权利要求1所述的基于混合二阶梯度矩阵特征值的结冰河流检测方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：

步骤2.1选取尺度因子为σ₁的高斯函数对原始红外图像I_l进行平滑滤波，得到图像I₂，σ₁的取值范围为0.5～3.5；

步骤2.2分别计算图像I₂中每个像素点的X方向的二阶梯度、Y方向的二阶梯度和交叉二阶梯度得到图像I₂中每个像素点的混合二阶梯度矩阵H；

步骤2.3根据矩阵H计算相应的特征值和特征向量，数值最大的特征值对应的矩阵为I₃，数值最小的特征值对应的矩阵为I₄，根据I₃和I₄计算结冰河流候选区域图I₅，公式如下：

其中λ为比例因子，针对8位图像，λ的取值范围为2～15，abs()表示求绝对值；

步骤2.4对步骤2.3中得到最小的特征值对应的特征向量使用反正切函数，得到河流方向矢量图I₆。

3.根据权利要求2所述的基于混合二阶梯度矩阵特征值的结冰河流检测方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：

步骤3.1记河流方向矢量图I₆中位置为(m，n)的角度值为θ_i，设计θ_i方向下的滤波模板F_mn，F_mn的尺寸为Len×Len，L为θ_i方向下河流的长度，取值范围为10～20，σ₂代表了河流的宽度，取值范围为0.5～4；

针对滤波模板F_mn中的任一点(x，y)，记旋转角度θ_i后的新的坐标为(x′，y′)，计算滤波模板F_mn中位置为(x，y)的权重系数，计算公式如下：

对F_mn中每个非零像素点减去F_mn的均值得到最终的滤波模板F_mn′；

步骤3.2在图像I₅中以(m，n)中心，取大小为Len×Len的图像块P_mn，计算滤波模板F_mn’在图像I₅上的响应值，得到河流区域增强图像I₇，计算公式如下：

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其中，对于8位图像，β的取值范围为5～20。

4.一种基于混合二阶梯度矩阵特征值的结冰河流检测装置，其特征在于，包括以下模块：

数据获取模块：获取待处理的包含结冰河流的原始红外图像I1；

特征计算模块：计算原始红外图像I₁的混合二阶梯度矩阵，根据混合二阶梯度矩阵的特征值和特征向量得到结冰河流候选区域图和河流方向矢量图；

滤波模块：根据得到的河流方向矢量图设计对应方向的滤波模板，计算滤波模板在河流候选区域图上的响应值，得到河流区域增强图像；

输出模块：对河流区域增强图像进行二值化处理，依据先验信息和实验结果，设定合适的区域面积尺寸阈值，剔除面积较小区域，输出结冰河流的检测结果。